恒温箱温度计算机控制系统

恒温箱温度计算机控制系统

一、 设备介绍

本次设计的温度传感器采用DS18B20温度传感器；单片机则采用的是AVR系列的Atmega8。下面分别简单介绍他们的特点：

DS18B20是美国DALLAS公司推出的一款单线数字温度传感器。它具有：体积小，功耗低，精度高，可靠性好，易于单片机接口等优点，每片DS18B20都有唯一的一个可读出的序列号。DS18B20传感器共有三个引脚，分别为电源引脚、数据引脚和接地引脚。由于DS18B20是一款单线式的数字温度传感器，只有一个引脚为数据的输入输出引脚。所以，根据DS18B20的通信协议，主机控制DS18B20完成一次温度转换必须经过3个步骤： 一）、每次读写之前都要对DS18B20进行复位操作 二)、复位成功后发送一条ROM指令

三）、最后发送RAM指令，这样才能够对DS18B20进行正确的操作。

复位：复位要求主机将数据线拉低最少480us，然后释放，当DS18B20受到信号后，等待15-60us，然后把总线拉低60-240us，主机接收到此信号表示复位成功。ROM指令：ROM指令表明了主机寻址一个或多个DS18B20中的某个或某几个，或者是读取某个DS18B20的64位序列号。RAM指令：RAM指令用于主机对DS18B20内部RAM的操作（如启动温度转换、读取温度等）。

DS18B20的特点主要包括：

（1）DSl8B20采用DALLAS公司独特的“单线(1-Wire)总线”专有技术，通过串行通信接口(I/O)直接输出被测温度值(9位二进制数据，含符号位)。

（2）在测温范围是-55~+125℃时，测量误差不超过±2℃，在-10~+85℃范围内，可确保测量误差不超过±0.5℃。温度／数字量转换时间的典型值仅需93.75ms，比DS1820有很大的提高.

（3）内含64位经过激光修正的只读存储器ROM，扣除8位产品系列号和8位循环冗余校验码CRC之后，产品序号占48位。出厂前就作为DSl8B20惟一的产品序号，存入其ROM中。在构成大型温控系统时，允许在单线总线上挂接多片DSl8B20。

ATmega8 是ATMEL公司在2002年第一季度推出的一款新型AVR高档单片机。它的芯片内部集成了较大 容量的存储器和丰富强大的硬件接口电路。ATmega系列单片机属于AVR中的高档产品，它承袭了AT90所具有的特点，并在AT90（如 AT9058515、AT9058535）的基础上，增加了更多的接口功能，而且在省电性能。稳定性、抗干扰性以及灵活性方面考虑得更加周全和完善。 ATmega8 是一款采用低功耗CMOS工艺生产的基于AVR RISC结构的8位单片机。AVR单片机的核心是将32个工作寄存器和丰富的指令集联结在一起，所有的工作寄存器都与ALU（算术逻辑单元）直接相连，实 现了在一个时钟周期内执行的一条指令同时访问（读写）两

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个独立寄存器的操作。这种结构提高了代码效率，使得大部分指令的执行时间仅为一个时钟周期。因此， ATmega8可以达到接近1MIPS/MHz的性能，运行速度比普通CISC单片机高出10倍。

ATmega8的主要性能包括：低功耗的8位AVR微控制器，先进的RISC精简指令集结构130条功能强大的指令，大多数为单时钟周期指令，32个8位通用工作寄存器工作在16MHz时，具有16MIPS的性能片内集成硬件乘法器（执行速度为2个时钟周期），片内集成了较大容量的非易失性程序和数据存储器以及工作存储器，8K字节的Flash程序存储器，擦写次数：大于10000次等。

二、 详细设计步骤

首先是编写DS18B20的驱动程序，由于DS18B20采用的是单线式的设计，所以要成功读取其中的温度值，就必须遵循其中的通信协议。读取温度的过程如图1所示：

初始化传感器 跳过读序号列号 高位左移8位 跳过读序号列号 读取温度寄存器 (前两个寄存器值为温度) 高位与低位相或 组合成温度值 启动温度转换 读取低位 初始化传感器 读取高位

图1 温度传感器读写过程

返回检测温度值 每次对DS18B20进行读写操作时都必须对其进行复位操作，其复位程序如下：

#define CLR_DIR_1WIRE DDRD&=~(1<<0) #define SET_DIR_1WIRE DDRD|=(1<<0) #define CLR_OP_1WIRE PORTD&=~(1<<0) #define SET_OP_1WIRE PORTD|=(1<<0)

#define CHECK_IP_1WIRE (PIND & 0x01) //检测 unsigned char wmh,wml,w5; void init_1820() {

SET_DIR_1WIRE; //设置PC2 为输出 SET_OP_1WIRE; CLR_OP_1WIRE;

delay_nus(480); //480us以上 SET_OP_1WIRE;

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CLR_DIR_1WIRE;

delay_nus(20); //15~60us while(CHECK_IP_1WIRE); SET_DIR_1WIRE; SET_OP_1WIRE;

delay_nus(140); //60~240us }

按照DS18B20说明文档，通过不断的拉低或提高数据引脚的电压即可实现对DS18B20的初始化。值得注意的是，DS18B20对引脚电压拉低或抬高的时间比较的敏感。对于不同的晶振，延时程序应有相应的变化。接下来的程序unsigned char read_1820() write_1820(unsigned char x) 实现的是对DS18B20的读写操作：

void write_1820(unsigned char x) {

unsigned char m; for(m=0;m<8;m++) {

CLR_OP_1WIRE;

if(x&(1<

{CLR_OP_1WIRE;}

delay_nus(40); //15~60us SET_OP_1WIRE; }

SET_OP_1WIRE; }

unsigned char read_1820() {

unsigned char temp,k,n; temp=0;

for(n=0;n<8;n++) {

CLR_OP_1WIRE; SET_OP_1WIRE; CLR_DIR_1WIRE;

k=(CHECK_IP_1WIRE); //读数据,从低位开始 if(k)

temp|=(1<

temp&=~(1<

delay_nus(50); //60~120us SET_DIR_1WIRE; }

return (temp);

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和void

}

完成了读写操作的程序后就可以按照图1所示的工作流程对DS18B20温度的读写。完整的调用初始化及读写的程序如下：

void gettemp() //读取温度值 {

unsigned char temh,teml,wm0,wm1,wm2,wm3,w4; init_1820(); //复位18b20 write_1820(0xcc); // 发出转换命令 write_1820(0x44); init_1820();

write_1820(0xcc); //发出读命令 write_1820(0xbe);

teml=read_1820(); //读数据 temh=read_1820();

wm0=teml>>4; //只要高8位的低四位和低8位的高四位 wm1=temh<<4;

wm2=wm1+wm0; //16进制转10进制 wm3=wm2/100;

wmh=(wm20)/10; // wmh是显示的高位，wml使显示的低位 wml=(wm20); w4=teml<<4; w5=w4*0.0625; }

完成了对DS18B20的读写后，需要将我们所得到的温度值显示到单片机开发板的数码管上。主函数的流程图如下所示：

开始 对系统进行初始化 读取传感器温度值 显示温度的整数位 显示温度的小数位 图2 主程序流程图

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由图2编写主函数的程序，在编写时每次读取DS18B20后都要求对传感器进行一次复位操作，在前面的DS18B20已有体现，编写显示程序时，要特别注意开发板上的数码管是共阴还是共阳的，这样才能准确显示数据。主函数只需要调用温度传感器驱动和显示程序即可。主函数及显示程序如下：

#include #include #include \void port_init(void) {

PORTB = 0x00;//将单片机的B端口值0

DDRB = 0x00;//方向寄存器定义为0，表示为输入 PORTC = 0x00; DDRC = 0x00; PORTD = 0x00; DDRD = 0x00; }

void init_devices(void) {

CLI(); //关中断

port_init();

MCUCR = 0x00; GICR = 0x00; TIMSK = 0x00;

SEI();//开中断 }

void delay_us(int time) {

do {

time--; }

while (time > 1); }

显示程序如下所示：

const unsigned char num[10]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f}; void show_2_digit(unsigned char digi) {

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